Cytogenetic aberrations in the bone marrow of red-backed voles (Clethrionomys rutilus Pallas) living in an area of high cadmium content (Altai Republic).pdf ВведениеНа территории Республики Алтай располагается значительное количест-во биогеохимических провинций, которые характеризуются высокой кон-центрацией в окружающей среде химических элементов или их соединенийприродного происхождения. Здесь практически отсутствуют крупные про-мышленные предприятия, и в связи с этим антропогенный прессинг на при-роду минимален. Особое внимание привлекает район с. Чаган-Узун, распо-ложенного в зоне геохимической аномалии с высокой концентрацией в гор-ных породах и в почве кадмия. Содержание кадмия в почве в этом местепревышает фоновые значения более чем в 400 раз, достигая в растенияхуровня 1,6 мг/кг [1]. Установлено, что кадмий ингибирует активность ДНК-полимераз, влияет на процессы деконденсации ДНК, нарушает синтез те-мидилата и тимидинкиназы и соответственно репликации молекул ДНК [2-4]. У крыс, подвергшихся действию аэрозоля, содержавшего кадмий, разви-вается рак лёгких [4]. Способность кадмия индуцировать мутации доказанав работе Л.В. Чопикашвили с соавт. [5].Учет частоты аберрантных клеток в костном мозге мелких мышевидныхгрызунов может быть использован для оценки генотоксических свойств ок-ружающей среды в целом при изучении природных популяций [6-7]. Числоработ по исследованию цитогенетическими методами природных популя-ций мелких мышевидных грызунов сравнительно невелико [6-12]. Междутем важность таких работ состоит в накоплении информации по фоновомууровню хромосомных нарушений и диапазонам ответа различных видовпри воздействии негативных факторов разной природы. Логично предпо-ложить, что у особей, находящихся под воздействием сильного мутагенногофактора, частота событий, ведущих к генетической нестабильности, суще-ственно возрастает, и это может быть выявлено даже на сравнительно ма-лых выборках, если использовать в качестве маркеров нестабильности ци-тогенетические показатели [9].Целью настоящей работы явилось изучение роли кадмия в цитогенетическихизменениях клеток костного мозга у фонового вида - красной полевки (Clethrionomysrutilus), отловленной в районе с. Чаган-Узун Республики Алтай, располо-женного в зоне геохимической провинции с высоким содержанием в окружаю-щей среде кадмия, в сравнении с животными того же вида, отловленными вбли-зи с. Турочак, где в окружающей среде содержание кадмия находится на уровнекларка земной коры.Материалы и методики исследованияВсего отловлено 68 особей красной полевки вблизи с. Чаган-Узун, распо-ложенного в зоне кадмиевой геохимической аномалии, и 56 особей - вблизис. Турочак (контроль), находящегося в экологически благоприятном регионе.Отлов зверьков проводили ловушко-линиями из 50 живоловок [12]. Препаратыметафазных хромосом костного мозга приготовляли по общепринятым мето-дам [13-14]. При исследовании учитывали все типы структурных аберрацийхромосом (кроме гепов), а также число гиперплоидных и полиплоидных кле-ток, анализируя у каждого животного максимальное число доступных для этойцели клеток. Всего у животных, отловленных вблизи с. Чаган-Узун, проанали-зировано 5 745, а у животных из окрестностей с. Турочак - 5 756 метафазы.Для получения интегральной характеристики цитогенетического гомеостазабыла использована балльная оценка, предложенная специалистами из Центраэкологической политики России [15]: 1 балл - условно нормальное состояние -частота аберрантных клеток до 5%; 2 балла - низкая степень изменения часто-ты аберрантных клеток в пределах 6-10%; 3 балла - средняя степень измене-ния частоты аберрантных клеток в пределах 11-15%; 4 балла - высокая сте-пень изменения - частота аберрантных клеток в пределах 16-20%; 5 баллов -критическое состояние - частота аберрантных клеток выше 20%.Условно нормальный уровень находится в пределах колебаний спонтан-ной частоты аберрантных клеток. Существует мнение, что частоты струк-турных хромосомных аберраций, пробелов, анеуплоидии и полиплоидии усамцов и самок мелких грызунов разного возраста и вида статистическизначимо не различаются [16]. В связи с тем что кадмий аккумулируется ворганизме [17], у животных была определена концентрация кадмия в крови.Содержание кадмия в крови животного определяли колориметрическимметодом при длине волны 508 нм с использованием спектрофотометра СФ-46(Россия) [18]. Все пробы высушивались в муфельной печи при температуре50°С до твердого состояния и истирались в порошок. Аликвотную часть про-бы, содержащую ионы кадмия, обрабатывали аммиаком и подвергали экс-тракции хлороформом, содержащим 0,004% дитизона.Статистическую обработку данных проводили с применением критерияСтьюдента для независимых выборок и корреляционного анализа по Спир-мену, используя пакет статистических компьютерных программ StatSoft Statistica6.0 [19]. Критический уровень значимости при проверке статистиче-ских гипотез в исследовании принимался равным 0,05.Результаты исследованияАнализ уровня клеток костного мозга с аномалиями в числе и структурехромосом свидетельствует о существенном превышении этих показателей уживотных, обитающих в районе с. Чаган-Узун, по сравнению с данными ци-тогенетического анализа животных, отловленных вблизи с. Турочак (табл. 1).Из 56 отловленных особей Турочакской популяции только 8, согласно но-менклатуре, предложенной Центром экологической политики России [15],можно отнести к типу с низкой и средней степенью изменения частоты абер-рантных клеток. В остальных случаях число аберрантных клеток не превы-шало 5%, т.е. отвечало условно нормальному состоянию цитогенетическойизменчивости. В то же время у 87,8% красных полевок, отловленных вблизис. Чаган-Узун, наблюдался достоверно повышенный уровень цитогенетиче-ских нарушений с достоверным возрастанием числа клеток с одиночнымифрагментами, двухударными хромосомными аберрациями, гиперплоидным иполиплоидным хромосомными наборами. Среди двухударных хромосомныхаберраций часто наблюдались клетки с дицентрическими и кольцевыми хро-мосомами. Установлено, что в Чаган-Узунской популяции число аберрант-ных клеток было минимальным у сеголеток и максимальным - у старых жи-вотных. Такой закономерности не отмечено у животных Турочакской попу-ляции. В обеих популяциях отличий в уровне цитогенетических нарушений усамок и самцов не наблюдалось.Влияние кадмия как возможной первопричины повышения числа клетокс цитогенетическими нарушениями в костном мозге у животных Чаган-Узунской популяции видно из данных, приведенных в табл. 2. Особенносущественные изменения в числе и структуре хромосом зарегистрированы уживотных с содержанием кадмия в крови в концентрации более 1 мкг/л.Корреляционный анализ свидетельствует о том, что имеется достовернаяпрямая зависимость между частотой клеток с цитогенетическими аберра-циями и концентрацией кадмия в крови у грызуна (r = 0,92; р < 0,01). С час-тотой клеток с аберрациями хромосомного типа такой закономерности неотмечено (r = 0,08; р > 0,05). Корреляционный анализ числа клеток с изме-ненным числом хромосом и показателем концентрации в крови кадмия сви-детельствует о том, что прямая зависимость имеется в отношении числарегистрируемых полиплоидных (r = 0,72; р < 0,01) и гиперплоидных (r = 59;р < 0,05) клеток.Т а б л и ц а 1Число клеток костного мозга с хромосомными нарушениямиу красных полевок, обитающих в окрестностях населенных пунктовЧаган-Узун и Турочак (контроль) Республики Алтай, %с. Турочак(контроль) с. Чаган-УзуРегистрируемый показатель нn = 56 n = 68Всего клеток с аберрациями хромосом 2,7±0,6 12,1±1,4*Число клеток с одиночными фрагментами 1,9±0,6 8,8±0,7*Число клеток с хроматидными обменами, 0,5±0,2 0,7±0,2Число клеток с двойными фрагментами 0,2±0,1 1,9±0,2*Число клеток с хромосомными обменами 0,1±0,1 0,7±0,2**Число клеток с гиперплоидным наборомхромосом 0,2±0,1 1,9±0,3*Число клеток с полиплоидным наборомхромосом 0,1±0,1 0,8±0,2*Всего клеток с цитогенетическиминарушениями 3,0±0,5 14,5±1,8** р < 0,01 (Турочакская популяция).** р < 0,05 (Турочакская популяция).Т а б л и ц а 2Число клеток костного мозга с цитогенетическими аберрациямиу красных полевок, отловленных в окрестностях с. Чаган-Узун,в зависимости от содержания в периферической крови животных кадмия, %Регистрируемый 1-я группа 2-я группа 3-я группапоказатель n = 23 n = 21 n = 24Число клетокс аберрациями хро-матидного типа2,4±0,4 8,2±0,7* 12,0±0,8*с аберрациями хро-мосомного типа 0,7±0,3 1,6±0,5 2,8±0,7**с гиперплоиднымнабором хромосом 0,2±0,1 2,6±0,5* 3,9±0,6*с полиплоиднымнабором хромосом 0,1 ±0,1 0,8±0,3* 3,8±0,5*Всего клеток с цито-генетическими нару-шениями3,3±0,8 13,0±1,1* 22,7±1,2*Примечание. Содержание в крови животных кадмия в следующих концентрациях: 1-ягруппа - менее 0,5; 2-я группа - от 0,5 до 1,0; 3-я группа - более 1,0.* р < 0,01 (1-я группа).** р < 0,05 (1-я группа).Интегральная оценка состояния цитогенетического гомеостаза у живот-ных, отловленных в окрестностях с. Чаган-Узун [15], свидетельствует, чтокритическое состояние хромосомного аппарата соматических клеток наблю-далось у 26,5% красных полевок. Таким образом, более четверти животных вданной местности имеют хромосомные нарушения, которые могут оказатьвлияние на жизнедеятельность и, в случае наличия аналогичных изменений вгенеративных клетках, на репродуктивную активность и возобновляемостьпопуляции.Обсуждение результатов исследованияПолученные данные позволяют говорить о существовании в окружающейсреде с. Чаган-Узун мутагенного фактора, способного вызвать у животных су-щественные цитогенетические аномалии. Корреляционный анализ свидетельст-вует о том, что высокая концентрация кадмия в крови может обусловить повы-шение некоторых цитогенетических показателей, в частности числа клеток схроматидными аберрациями. Тем не менее у 12,2% отловленных животных чис-ло клеток с хромосомными аберрациями было на уровне контроля. Известно, чтокадмий связывается в клетках с металлотионеинами [20-21]. По-видимому, су-ществует генетически обусловленная активация генов, ответственных за про-дукцию металлотионеинов, и это у животных с определенным генотипом можетспособствовать толерантности к токсическому действию кадмия [22].Одним из гипотетических механизмов, приводящих к появлению клеток схромосомными нарушениями при интоксикации кадмием, является его спо-собность лабилизировать мембраны лизосом, что может сопровождаться вы-ходом нуклеаз, разрушающих структуру хромосом [4, 23-24]. Не исключенои непосредственное влияние кадмия на структуру хромосом за счет влиянияна процессы биосинтеза ДНК [4, 25].Полученные данные свидетельствуют, что наряду с хроматидными имеетместо повышение числа хромосомных аберраций, среди которых наблюдалисьдицентрические хромосомы и кольца. Известно, что такие аберрации харак-терны для радиационного воздействия [26]. Этому феномену возможны сле-дующие объяснения. Горный Алтай, особенно его западная часть, где находит-ся с. Чаган-Узун, неоднократно подвергалась радиоактивному воздействию врезультате деятельности Семипалатинского атомного полигона. В то же время,поскольку последнее испытание на атомном полигоне произошло в 1962 г., запрошедший период окружающая среда практически полностью очистилась отэтих последствий [27]. Не исключено также, что повышение числа клеток схромосомными обменами связано с природным радиоактивным фоном из-завысокого содержания в горах Горного Алтая залежей урановых руд и, в связи сэтим, повышенной эманацией радона в обследуемой местности [28].ЗаключениеТаким образом, полученные данные свидетельствуют, что в костном мозгекрасных полевок (Clethrionomys rutilus), отловленных в районе с. Чаган-УзунРеспублики Алтай, расположенном в зоне геохимической провинции с высо-ким природным содержанием в окружающей среде кадмия, наблюдается вы-сокий уровень цитогенетических нарушений. Результаты корреляционногоанализа показывают, что имеется прямая зависимость между концентрациейв крови животных кадмия и уровнем некоторых типов цитогенетических на-рушений. Тем не менее наличие среди цитогенетических нарушений двух-ударных хромосомных аберраций может свидетельствовать в пользу предпо-ложения о существовании среди мутагенных факторов в данной местностиповышенного уровня ионизирующей радиации.

Скачать электронную версию публикации